MES在五金制造企业的应用

任耀华

摘要：从MES的发展介绍，各功能模块介绍，MES引入的策略以及引进过程可能遇到的阻力及对策等方面对企业引入MES进行了综述与评价。

关键词：制造执行系统（MES）;生产制造企业;企业信息系统;引进策略

Abstract： From the introduction of the development of MES， the introduction of each functional module， the strategy of MES introduction and the resistance and countermeasures that may be encountered during the introduction process， the paper introduces and evaluates the introduction of MES.

0  引言

車间是制造企业的基石，在实际生产过程中，车间既是生产计划的执行主体，也是车间生产信息的主要反馈主体，产生了大量的实时信息，因此企业的生产系统中，很重要的一部分由车间生产管理和各类信息资源集成构成，车间生产管理以及各类信息系统的敏捷程度在很大程度上决定着整个企业的敏捷程度[1]。

MES的任务是根据计划部门制定的生产计划，利用车间的各类生产资源、生产方法以及大量的现场实时数据快速、高效率地制造出合乎质量要求的产品，它的生产活动涉及订单、设备、库存、物料、数据采集，以及模具维护管理、产品质量控制及车间人员管理等。MES集成了硬件和软件系统，用以管理和优化从定单下达到产品出货的生产活动全过程，它基于实时、准确的制造信息来指导、传达、响应和报告车间发生的各项活动，同时为企业的各项决策提供依据和支持。[1]

1  MES的发展

20世纪六七十年代，企业财务系统通过对物料计划相关功能模块的扩充，发展为物料需求计划系统（Material Requirements Planning，MRP）。20世纪七八十年代，MRP系统中增加了车间报表管理和采购等系统，发展成为了MRPⅡ。但MRPⅡ无法实现资源配置，因此出现了资源配置计划系统（DistributionResource Planning，DRP），单功能制造过程管理系统（如质量管理和库存管理等系统）也相继出现。

到20世纪八九十年代，MRPⅡ逐渐演变为企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP），DRP演变为供应链管理（Supply Chain Management，SCM），而车间层的制造管理系统演变成集成的MES。

制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）理论作为一种提升企业执行力的方法，被诸多企业应用。其最早由美国先进制造研究协会（AMR）提出。定义为：在产品从工单发出到成品完工的过程中，制造执行系统起到传递信息以优化生产活动的作用。[2]1997年，MESA发布六个关于MES的白皮书，对MES定义和功能等进行详细阐述;2000年以来，美国国家标准协会（ANSI）陆续发布MES标准（ANSI/ISA-95）。

现阶段的MES相比MES初期，具有了易于配置，易于变更，易于使用，良好的可集成性等特点，得益于信息技术的快速发展，MES技术正在与网络技术相融合，形成新一代的MES体系，并逐步在国内企业中得到广泛应用。

2  MES功能模块

某MES厂商功能模块见图1。

2.1 生产排程功能模块

生产排程功能模块主要由集成的APS实现。APS采用线性规划等数学模型，通过对各种目标约束的分析，定义各种计划问题。使用精确的或启发式的优化算法，实现计划的优化。由于庞大的可行计划总量，通过枚举来找到最优解是不大可能的，甚至找到一个可行的方案都相当困难。基于此，应用运筹学（operations research）中的数学方法来实现计划优化成为APS的首要任务。虽然通过线性规划或网络流算法能找到较为精确的最优解，然后实际过程中大多数组合问题只能计算近似最优解（局部最优）[3]。

2.2 生产进度和过程可视化

生产进度和过程可视化主要是方式是通过底层数据采集，并将采集的数据以一定的逻辑整合后显示在界面中，供管理人员管理使用。

2.3 设备异常可视化

设备异常可视化模块主要通过数据采集和软件逻辑实现，操作人员在停机时录入停机原因，系统收集和转化后呈现在软件界面中。

2.4 模具进出库管理

模具进出库管理主要通过数据收集和逻辑运算实现。有多种方式实现数据采集，包括但不限于二维码或RFID等方式，系统记录模具进出库数据并联动机台对于模具的使用情况，对模具进行管理。

3  MES的数据采集

MES数据采集是一个相对复杂的过程。常用的方式是读取设备原有PLC数据，通过协议对接获取参数。但实际过程中，设备厂商为了商业利益或设备稳定性方面的原因，不愿意开放接口。这种情况下，则需要集成厂商采用外挂采集装置的方式收集数据。除此以外，还通过RFID以及其他手持扫码设备等终端获取数据。

3.1 MES企业引入基础

3.1.1 系统基础

MES的引入需要企业原有的系统支撑，包括原有的ERP/MRPII/CRM/SRM等系统的支撑，因此对企业的信息基础有一定要求。同时，数据采集对于设备也有一定要求。国内某些设备厂商对于本企业设备PLC加锁保护，一定程度上增加了MES集成商抓取数据的难度。

3.1.2 人员基础

MES制造执行系统的引入，仅仅是工具的引入。工具要在企业生产管理中发挥应有的价值，则依赖从基层至管理员人员对于工具的认知和科学管理方法的使用。因此，MES的引入对于员工和管理者的素养有一定要求。

3.1.3 实际需求

MES作为信息化手段和工具，其引入很大程度上是为了填补传统ERP系统在生产车间的空白，将生产过程量化，并在有数据支撑的情况下展开分析。鉴于MES本身较大的引进软硬件成本和管理成本，企业在MES引入时，需慎重考虑。（图2）

3.2 MES导入企业的方式探索

3.2.1 从中心到局部构建方式（图3）

该方式先构建生产系统“大脑”，将计划、采购和生产、仓储等生产流程连接起来，形成中枢。其后，再将系统部署至车间局部，形成数据收集的触手，完成整个系统的构建。

这种方式前期成本较高，对生产系统影响大，人员学习成本高。但引入的逻辑更强，更有利于企业整体信息系统的布局，有利于系统本身搭建。

3.2.2 从局部至中心构建方式

这种构建方式先在车间或某种工艺构建MES系统，形成独立存在小系统，并逐步完成各个车间的部署，并在恰当的时候进行中枢设计和引入。

这种引入方式，对整体生产系统影响不大，试错成本较低，单点引入周期短。但是这种引入方式很难有立竿见影的成本改善，在分步搭建过程中，可能由于局部偏差增加中枢系统搭建难度。

3.3 MES引入可能引发的改变和阻力及对策

MES系统的引入，客观上要求管理者从粗放式转向精细化管理。多级异常处理机制能有效放大车间管理问题，要求基层管理者迅速反应。

同时，由于数据收集方式变化，原先的经验式管理逐步转变为经验和数据相结合的管理方式，在生产实践中，更注重数据分析和基于数据的决策，一定程度上帮助企业摆脱对具备优秀管理直觉的管理者的依赖。

因此，同其他信息系统引入一样，MES的引入可能存在以下阻力：

3.3.1 来自管理层的阻力

部分管理者会担心MES的引入会打破原有企业的流程和决策过程。失去对于企业的掌控。部分管理者已经掌握了业务要害，并采取了有效手段控制整个业务过程。一旦采用新的技术，原有的业务核心可能会发生巨大变化，短时间难以重新形成控制。

其次有部分管理者对于MES引入的难度预估过低，急于求成，要求MES的导入在一个较短时间内完成。MES引入涉及到原有业务流程的梳理和改造，这是一个相对系统的工程，要根据实际情况评估。在引进过程缓慢或迟迟见不到效果时，管理层可能会产生怀疑，失去信心，这对于MES引入无疑是毁灭性的。

針对管理层可能存在的阻力，在引入过程中，需要企业寻找可靠的核心人员，经常向管理者详细汇报在引入过程中引发的流程改造，帮助其重新掌握流程关键节点。

引入过程需要制定详细的计划，并充分预计可能导致的困难和后果，做好预案。

3.3.2 来自员工的阻力

对于中层管理而言，其阻力主要来源于权力削弱或者是对于即将引致的学习成本增加和工作量增加的不满。中层管理对于引进项目的阻挠常常是隐性的，限于管理层压力，他们不会直接对抗，而是通过宣称无用、推诿拖延或假意提出不可实现的彻底流程变革以阻挠MES引入过程中的流程梳理和再造。

对于中层管理的阻挠，要坚持推进的计划不动摇。在推进过程中善于分析可能的冲突和利益点，分清哪些人赞成MES的引入，哪些人抵触。对于假意提出更彻底的流程变革以阻挠现有改变的，可以要求其给出具体方案，视情况决定采纳或推翻。

MES的引入中，员工的阻力主要来源于工作量的增加、原有习惯的改变。他们中一部分不愿意持续学习的员工，常常通过夸大工作增加的方式来抵触信息系统的引入。MES引入中，势必要增加部分人机互动以完善信息采集。

对于员工的阻力，要充分评估其工作量和工作强度，保证引入前后其工作强度大体保持一致，同时，对于夸大工作量部分，用科学方式评估。引入过程进行有效的宣传和培训，消除员工的抵触心理。

4  总结

MES弥合了企业不同信息系统之间的空白。保证信息在企业运转过程中不断流，形成完整的数据闭环。

MES中整合的包括模具管理、人员管理、设备管理等模块，进一步促进企业信息化发展，向无纸化办公迈进了重要的一步。

近些年，企业逐步认识到精细化管理的重要性，明确了企业资源配置在成本降低中的作用。MES为企业资源配置提供的数据基础。原有的依靠人力报表收集数据，得到的数据往往不够准确，人力成本也较高，MES为数据收集提供了新思路。

参考文献：

[1]饶运清，李培根，李淑霞，等.制造执行系统的现状与发展趋势[J].机械科学与技术，2002（06）：1011-1016.

[2]柴天佑，郑秉霖，胡毅，等.制造执行系统的研究现状和发展趋势[J].控制工程，2005，12（06）：4-9.

[3]丁斌，陈晓剑.高级排程计划APS发展综述[J].运筹与管理，2004（03）：155-159.